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Concepto del artista de la NASA-JPL/Caltech de lo que puede ser el sistema planetario TRAPPIST-1

Los sistemas planetarios enanos transformarán la caza de vida alienígena

Las especulaciones escritas sobre la vida más allá de los confines de la Tierra se remontan a hace miles de años, a la época de los filósofos griegos Epicuro y Demócrito. La curiosidad no registrada sobre esta cuestión indudablemente se remonta mucho más atrás. Sorprendentemente, la generación actual parece estar a punto de obtener una respuesta del estudio de los exoplanetas – planetas que orbitan en órbitas distintas a las del Sol. Los primeros resultados están poniendo en duda muchos de los supuestos de esa larga historia.

Hace dos meses, nuestro equipo de investigación de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Lieja en Bélgica informó que una estrella cercana, llamada TRAPPIST-1A, está orbitada por siete planetas similares en tamaño y masa a la Tierra. Los siete planetas son templados, lo que significa que bajo las condiciones atmosféricas y geológicas adecuadas, podrían sostener agua líquida. Tres de los planetas muestran un potencial particular de habitabilidad, recibiendo aproximadamente tanta energía de su estrella como la que recibe la Tierra del Sol.

Nuestro descubrimiento recibió una cobertura informativa satisfactoria y extática en todo el mundo. Sin embargo, en muchos sentidos, el sistema TRAPPIST-1 es un lugar extraño para buscar vida. La estrella central es sólo 1/12 de la masa del Sol y apenas más grande que el planeta Júpiter. Emite sólo un 0,05 por ciento más de luz que el Sol. TRAPPIST-1A pertenece a una clase que llamamos enanos ultra fríos, las estrellas más pequeñas que existen.

La búsqueda de planetas habitables alrededor de enanos ultra fríos ha sido considerada durante mucho tiempo una pérdida de tiempo. Aún cuando los astrónomos encontraron que los sistemas exoplanetarios son generalmente diferentes del sistema solar, las viejas actitudes se mantuvieron. La Tierra y el Sol parecen tan normales y hospitalarios a nuestros ojos que nos cegamos por sus atributos. Por lo tanto, los grandes programas están dirigidos a encontrar un gemelo Tierra: un planeta de la masa y el tamaño del nuestro, orbitando una estrella como el Sol, a la misma distancia Tierra-Sol. La detección de este mundo está a décadas de distancia.

En el esfuerzo por responder a la pregunta «¿Hay vida en otro lugar? el enfoque en los gemelos de la Tierra se percibe como un camino seguro, ya que podemos esperar que condiciones similares lleven a resultados similares (al menos parte del tiempo). Sin embargo, argumentamos que este es un objetivo demasiado conservador, considerando el gran número y diversidad de planetas disponibles. Eso es parte del mensaje de TRAPPIST-1. La investigación debería consistir en encontrar lo que no sabemos ya. Identificar un gemelo terrestre portador de vida sería un éxito científico rotundo, pero poco enseñaría sobre el surgimiento general de la biología en el Universo.

Nuestra ambición es más amplia. En cambio, buscamos una respuesta a la pregunta: ‘¿Con qué frecuencia se encuentra la vida en otros lugares? Este simple cambio de palabras significa que también deberíamos estar investigando los sistemas planetarios a diferencia del sistema solar. Sería decepcionante y sorprendente si la Tierra fuera el único modelo de habitabilidad en el Universo. Las estrellas similares al Sol representan sólo el 15 por ciento de todas las estrellas de la Vía Láctea. Más de la mitad de ellos, a su vez, existen en sistemas estelares binarios que también han sido ignorados por ser demasiado diferentes de las condiciones presentes en el sistema solar. La búsqueda de gemelos de la Tierra por lo tanto cubre una fracción casi insignificante de todos los resultados en la naturaleza.

Una vez que restablezcamos el objetivo de medir la frecuencia total de la biología, los enanos ultra fríos se convierten en un objetivo obvio. La mitad de las estrellas de la Vía Láctea tienen masas menores a un cuarto de las del Sol. Nuestros resultados preliminares sugieren que los mundos rocosos son estrellas de baja masa en órbita común, incluyendo un sistema enano ultra-frío, posiblemente más que en órbita alrededor de estrellas similares al Sol. Los enanos ultra fríos también abren una ruta mucho más fácil para detectar y estudiar planetas templados similares a la Tierra.

Las ventajas científicas de los enanos ultra fríos provienen de sus propiedades estelares, de cómo identificamos los exoplanetas y de cómo esperamos investigar sus atmósferas. Los planetas TRAPPIST-1 fueron encontrados al pasar frente a su estrella, eventos conocidos como tránsitos. Cuando el planeta transita, proyecta una sombra cuya profundidad nos dice cuánta de la superficie estelar está siendo escondida por el planeta; cuanto más grande es el planeta, más profunda es la sombra. Debido a que los enanos ultra fríos son tan pequeños, el tránsito de un planeta del tamaño de la Tierra frente a TRAPPIST-1A es aproximadamente 80 veces más prominente que un tránsito equivalente contra una estrella mucho más grande, similar al Sol.

Durante un tránsito, cualquier gas en la atmósfera del planeta cambia la apariencia de la luz de las estrellas que fluye a través de él. Alrededor de los enanos ultra-fríos, la firma atmosférica se ve reforzada por un factor de aproximadamente 80. La composición atmosférica de los planetas TRAPPIST-1 será detectable utilizando las instalaciones actuales y futuras, como el lanzamiento del telescopio espacial James Webb en 2018, a diferencia de las décadas de desarrollo tecnológico necesarias para estudiar un gemelo Tierra. Extraer una señal atmosférica fiable requiere observar docenas de tránsitos. También en este caso, los sistemas como TRAPPIST-1 tienen grandes ventajas. Alrededor de diminutos enanos ultra fríos, los tránsitos de planetas templados ocurren una vez cada pocos días o cada dos semanas, en lugar de una vez al año para un planeta exactamente igual a la Tierra.

Los astrónomos, incluidos nosotros mismos, ya hemos comenzado a investigar las composiciones de planetas gigantes alrededor de otras estrellas, detectando moléculas tales como agua, monóxido de carbono, metano y cianuro de hidrógeno. Con el descubrimiento del sistema TRAPPIST-1, podemos extender esas exploraciones a planetas del tamaño de la Tierra. Nuestros primeros esfuerzos consistirán en caracterizar el contenido de gases de efecto invernadero de la atmósfera y evaluar si las condiciones de la superficie son propicias para el agua líquida. Luego buscaremos señales de gases producidos biológicamente, análogas a las formas en que los organismos vivos han transformado la composición de la atmósfera de la Tierra.

Reclamar un descubrimiento de la vida será difícil. No podemos confiar en la detección de un solo gas, sino que necesitaremos detectar varios y medir sus abundancias relativas. Además, tendremos que ser extremadamente cautelosos con los falsos positivos. Por ejemplo, las llamaradas estelares repetidas podrían acumular oxígeno en una atmósfera sin la presencia de vida. La riqueza del sistema TRAPPIST-1 es un activo importante, porque podemos comparar sus planetas entre sí. Los siete planetas se originaron a partir de la misma química nebular; comparten una historia similar de recibir llamaradas e impactos meteorológicos. Eliminar los falsos positivos será mucho más fácil aquí que en los sistemas planetarios que contienen sólo uno o dos mundos templados, potencialmente similares a la Tierra.

Más importante aún, TRAPPIST-1 no es un descubrimiento único. Las estrellas enanas ultra frías son tan comunes que podría haber muchos otros sistemas similares cerca de nosotros en la galaxia. La instalación TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescopes) que utilizamos para encontrar los planetas TRAPPIST-1 era sólo el prototipo de un estudio planetario más ambicioso llamado SPECULOOS (Search for habitable Planets Eclipsing Ultra-Cool Stars), que ya ha comenzado a funcionar. Esperamos encontrar muchos más planetas rocosos del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas enanas en los próximos cinco años. Con esta muestra en la mano, exploraremos los muchos climas de estos mundos. El sistema solar contiene dos: Venus y la Tierra. ¿Cuántos tipos diferentes de ambientes descubriremos?

Usando SPECULOOS, también comenzaremos a abordar las muchas objeciones que los científicos han planteado acerca de la habitabilidad de los planetas alrededor de los enanos ultra fríos. Uno de los argumentos es que tales planetas tienen lados permanentes de día y de noche. Los planetas que orbitan muy cerca de pequeñas estrellas podrían excitar las órbitas de los demás, provocando grandes inestabilidades. Las estrellas enanas ultra frías frecuentemente se inflaman, emitiendo rayos ultravioleta y rayos X que podrían vaporizar los océanos de un planeta en el espacio.

Lejos de retenernos, esos argumentos nos motivaron. Ahora podemos evaluar las condiciones reales, y explorar los contraargumentos de que los planetas del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas como TRAPPIST-1A podrían de hecho ser hospitalarios para la vida. Los océanos y las atmósferas espesas podrían mitigar el contraste de temperatura entre los lados diurno y nocturno. La interacción de las mareas entre planetas en órbita cercana podría proporcionar energía para la biología. Algunos modelos sugieren que los planetas que se forman alrededor de enanos ultra fríos comienzan con mucha más agua de la que tiene la Tierra. La radiación ultravioleta podría ayudar a producir compuestos biológicamente relevantes…. Somos optimistas.

No importa lo que encontremos al estudiar planetas orbitando enanos ultra fríos, no podemos perder. Sólo podemos aprender. Si logramos identificar la presencia de vida en un planeta similar a los del sistema TRAPPIST-1, entonces podremos empezar a medir la frecuencia con la que la biología emerge en el universo. Podríamos tener las primeras pistas de la biología extraterrestre en una década! Si encontramos que ninguno de esos mundos es habitable, o que son habitables pero estériles, aprenderemos que la vida es rara y preciosa. Esto reivindicará el enfoque de los gemelos de la Tierra sin demorarlo.

En cualquier caso, definiremos el contexto de nuestra existencia: como uno entre muchos, o como un atípico aislado. Ambas posibilidades son humillantes. Ambas son emocionantes.

 

Amaury Triaud
Es miembro del Instituto Kavli en exoplanetas de la Universidad de Cambridge. Su investigación se concentra en los planetas, a diferencia de los que se encuentran en el sistema solar. Su trabajo ha sido publicado en múltiples revistas científicas, incluyendo Nature.

Michaël Gillon
Es investigador del FNRS en la Universidad de Lieja, Bélgica. Dirige los estudios TRAPPIST y SPECULOOS para exoplanetas rocosos. Su trabajo ha sido publicado en múltiples revistas científicas, incluyendo Nature. Recientemente fue nombrado una de las 100 personas más influyentes de la revista Time en 2017.

Fuente: aeon.co

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